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2012 年度 実施状況報告書

新規開発超高圧下核磁気共鳴技術による強相関電子物性の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 24740219
研究機関高知大学

研究代表者

北川 健太郎  高知大学, 教育研究部自然科学系, 講師 (90567661)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード装置開発 / 高圧実験 / 超高圧 / 核磁気共鳴 / 強相関電子系
研究概要

1年目の本年度は、「誰でも使える小型超高圧力装置」の実現を主に目指した。ただし、研究計画では東京大学物性研究所で研究を行う予定であったが、本年度より高知大学の常勤講師(PI)として着任した為、装置環境の整備を行う必要があった。具体的には、大型プレス機、ルビー蛍光装置等を導入した他、高知大学に初期導入されていた無冷媒横型7T超伝導磁石周辺のNMRシステム構築(He循環ガスライン・NMR分光器・プログラム・NMRプローブ作成等)を行なっている。結果、高知大学においても超高圧とNMR測定のシステムを立ち上げることを完了した。超高圧セル周辺装置に関しては物性研究所と同等以上、NMR装置に関してもボア径が小さい事を除けば遜色のない実験環境を整えることが出来ている。さらに、自動同調を備えたNMRプローブを開発したことにより、NMRシステムの殆ど全てを自動化することが出来た。これは、人的リソースの少ない地方大において今後の研究を進める上で重要である。
高圧力装置開発においては、バルク測定にも展開可能な配線方法を開発している。実際に共同研究者から、Pr化合物系の極低温測定が必要な系における超高圧下電気伝導・交流磁化率測定の発表が、本研究の装置を用いた成果として成されている。10GPa級、0.5K以下の複合極限環境においてある程度の試料室体積が必要な場合、既存の装置では該当するものが無いため、本研究により初めて可能となったものである。
装置の基本性能においては、多数の試行により形状の改良を進めた結果、9mm3と以前の5割増程度の試料室体積を実現できている。10GPa強まで安定的に光ファイバーを導入する技術を開発しより高圧域での圧力値決定方法に目処がついた他、圧力発生効率に超硬合金の材料依存性が顕著であることが判明したことから、今後の20GPa級装置の開発に重要な指針を得ることが出来ている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

主目的の一つである、超高圧装置の配線法の簡単化については、全く問題なく達成出来ており、共同研究者から複数回の発表も成されている。20GPa級超高圧装置の開発に関しては、12GPa程度までは安定して印加出来ているもののそれ以上の圧力発生に関しては方針が定まっている程度の進捗状況である。ただし、本年度は高知大学において超高圧・NMRシステムを一から構築する必要が生じた為、資金面・時間面で満足に開発に専念できておらず、その為超高圧NMR実験も未だ着手出来ていない。しかしながら、計画には無かった事項ではあるが、今まで固体物性分野の強磁場NMR実験・超高圧実験の設備が全く存在しなかった高知大学において、十分競争力のあるシステムを短期間の内に構築することが完了したので、「若手研究(B)」としては十二分に「期待以上の成果」であると自己判断するに至った。

今後の研究の推進方策

最終年度となる次年度は、超高圧装置のさらなる改良と、本装置を利用した超高圧NMR実験を行う予定である。
前年度に、高知大学における研究環境の整備をほぼ完了し、10GPaまでは極めて高歩留まりで安定して発生することが可能になった為、本年度の開発は順調に推移するものと考えている。具体的には、近年富士ダイスにより開発された超硬合金の新素材を利用して20GPa級の超高圧発生を目指している。
複合極限環境としては、現在作成している循環型3He冷凍機と小型化高圧セルを組み合わせて、0.5K程度までの超高圧NMR実験を可能とすることを予定している。液体ヘリウムの補給を必要としないシステムで、3He温度と10GPa級超高圧測定が可能となるので、このこと自身も非常にインパクトが高いと思われる。測定対象としては、鉄系超伝導体と同様の結晶構造を持つ物質の多段超伝導転移の圧力依存性等である。
超高圧装置の開発に不可欠な、超硬合金部品の作成費用と高圧セル金属加工代金が主である。他に主要な使用品目としては、上記に挙げた循環型3He冷凍機の部品代として、真空機器・部品、金属材料費として使用する予定である。消耗品として、ガスボンベ、電子部品等に相当の費用を支出する。
次年度は最終年度となるので、国際学会における発表(口頭の予定である)、国内学会、論文等で取りまとめを行う。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (23件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Microwave surface-impedance measurements of the electronic state and dissipation of magnetic vortices in superconducting LiFeAs single crystals2012

    • 著者名/発表者名
      Tatsunori Okada, Hideyuki Takahashi, Yoshinori Imai, Kentaro Kitagawa, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko, and Atsutaka Maeda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 86 ページ: 064516-1-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy of vortices in LiFeAs2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hanaguri, K. Kitagawa, K. Matsubayashi, Y. Mazaki, Y. Uwatoko, and H. Takagi
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 85 ページ: 214505-1-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Coulomb Fields of Monopoles in Spin Ice and Their Signatures in the Internal Field Distribution2012

    • 著者名/発表者名
      G. Sala, C. Castelnovo, R. Moessner, S. L. Sondhi, K. Kitagawa, M. Takigawa, R. Higashinaka, and Y. Maeno
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 217203-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.217203

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 容積効率にこだわった高圧セルによる10 GPa級NMR測定2012

    • 著者名/発表者名
      北川健太郎、松林和幸、後藤弘匡、松本健彦、上床美也、八木健彦、瀧川 仁
    • 雑誌名

      高圧力の科学と技術

      巻: 22 ページ: 198-205

    • DOI

      10.4131/jshpreview.22.198

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of the superconducting gap structure in SrFe2(As0.7P0.3)2 by magnetic penetration depth and flux flow resistivity analysis2012

    • 著者名/発表者名
      Hideyuki Takahashi, Tatsunori Okada, Yoshinori Imai, Kentaro Kitagawa, Kazuyuki Matsubayashi, Yoshiya Uwatoko, and Atsutaka Maeda
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 86 ページ: 144525-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.86.144525

    • 査読あり
  • [学会発表] Cu-NMR測定にみるAサイト秩序ペロブスカイト系A'Cu3Ru4O12のA'置換効果2013

    • 著者名/発表者名
      加藤治一,安部俊克,北川健太郎,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130329-20130329
  • [学会発表] CeRu2Al10置換系のホール効果2013

    • 著者名/発表者名
      西岡孝,北川健太郎,加藤治一,松村政博,川村幸裕,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130329-20130329
  • [学会発表] 中間価数物質YbNi3Ga9における圧力誘起強磁性秩序と価数クロスオーバー2013

    • 著者名/発表者名
      松林和幸,平山貴士,山下哲郎,大原繁男,河村直己,水牧仁一朗,石松直樹,北川健太郎,上床美也,渡辺真仁
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130328-20130328
  • [学会発表] PrTi2Al20における四極子秩序と超伝導の圧力効果2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木淳一郎,田中斗志貴,松林和幸,酒井明人,中辻知,久保康則,北川健太郎,上床美也
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] 冷凍機による新組成希薄希土類化合物の交流磁化率測定2013

    • 著者名/発表者名
      毛利太郎,横田健人,西岡孝,北川健太郎,加藤治一,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] 近藤半導体CeFe2Al10の希釈効果2013

    • 著者名/発表者名
      藤井一希,西岡孝,北川健太郎,加藤治一,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] Al-NQRによるCeOs2Al10の新奇相転移の圧力変化の研究2013

    • 著者名/発表者名
      山尾美奈実,富田直矢,岸本恭来,松村政博,加藤治一,北川健太郎,西岡孝,小林理気,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] 10GPa超級高体積超高圧装置の開発によるNMR及びマクロ測定II2013

    • 著者名/発表者名
      北川健太郎,松林和幸,西岡孝,後藤弘匡,松本武彦,上床美也,八木健彦,瀧川仁
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] PrV2Al20の圧力制御による四極子秩序の研究2013

    • 著者名/発表者名
      田中斗志貴,鈴木淳一郎,松林和幸,上床美也,酒井明人,中辻知,久田旭彦,北川健太郎,久保康則
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] 無冷媒横磁場マグネットによる磁化測定装置の開発2013

    • 著者名/発表者名
      田島史郷,藤井一希,西岡孝,北川健太郎,加藤冶一,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] Na(Fe,Co)As単結晶のマイクロ波表面インピーダンス測定2013

    • 著者名/発表者名
      今井良宗,越田真史,高橋英幸,岡田達典,北川健太郎,松林和幸,上床美也,瀧川仁,前田京剛
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130327-20130327
  • [学会発表] 超高分解レーザー光電子分光によるLiFeAsの超伝導ギャップの異方性2013

    • 著者名/発表者名
      山本遇哲,岡崎浩三,大田由一,小谷佳範,下志万貴博,木須孝幸,北川健太郎,松林和幸,上床美也,瀧川仁,Chuangtian Chen,渡部俊太郎,辛埴
    • 学会等名
      日本物理学会2013年年次大会
    • 発表場所
      広島大学(広島県)
    • 年月日
      20130326-20130326
  • [学会発表] 10GPa超級大容積超高圧セルによるNMR技術の開発2012

    • 著者名/発表者名
      北川健太郎,松林和幸,後藤弘匡,松本健彦,上床美也,八木健彦,瀧川 仁
    • 学会等名
      第53回高圧討論会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      20121108-20121108
  • [学会発表] Al-NQRによるCeT2Al10(T=Ru, Os)の新奇相転移の研究II2012

    • 著者名/発表者名
      松村政博,富田直矢,山尾美奈実,加藤治一,北川健太郎,西岡孝,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120921-20120921
  • [学会発表] Aサイト秩序ペロブスカイト系A'Cu3Ru4O12のCu-NQR測定2012

    • 著者名/発表者名
      加藤治一,安部俊克,北川健太郎,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120921-20120921
  • [学会発表] かご状物質C12A7:Hの微視的物性2012

    • 著者名/発表者名
      田邊尚輝,加藤治一,北川健太郎,西岡孝,松村政博
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120921-20120921
  • [学会発表] RFe2Al10(R=希土類)の磁性2012

    • 著者名/発表者名
      藤井一希,北川健太郎,西岡孝,加藤治一,松村政博,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] CeRu2Al10の量子臨界点近傍の輸送特性2012

    • 著者名/発表者名
      栗原弘光,北川健太郎,西岡孝,加藤治一,松村政博,谷田博司,世良正文
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] Na(Fe,Co)As単結晶の磁場中マイクロ波表面インピーダンス測定2012

    • 著者名/発表者名
      岡田達典,高橋英幸,今井良宗,北川健太郎,松林和幸,上床美也,前田京剛
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] 10GPa超級高体積超高圧装置の開発によるNMR及びマクロ測定2012

    • 著者名/発表者名
      北川健太郎,松林和幸,後藤弘匡,松本健彦,上床美也,八木健彦,瀧川 仁
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県)
    • 年月日
      20120920-20120920
  • [学会発表] Flux flow and novel quasiparticle dissipation in LiFeAs investigated by microwave surface impedance measurements2012

    • 著者名/発表者名
      Okada, T., Maeda, A., Imai, Y., Takahashi, H., Kitagawa, K., Matsubayashi, K., Uwatoko, Y., Takigawa, M.
    • 学会等名
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S2012)
    • 発表場所
      ワシントンDC
    • 年月日
      20120731-20120731
  • [学会発表] Magnetic penetration depth and flux flow resistivity of SrFe2(As,P)2 single crystals2012

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, H., Imai, Y., Okada, T., Maeda, A., Kitagawa, K., Matsubayashi, K., Takigawa, M., Uwatoko, Y.
    • 学会等名
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S2012)
    • 発表場所
      ワシントンDC
    • 年月日
      20120731-20120731
  • [学会発表] Superconducting gap anisotropy in iron-pnictide LiFeAs: laser-ARPES2012

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto, H. Q., Okazaki, K., Ota, Y., Kotani, Y., Shimojima, T., Kiss, T., Kitagawa, K., Matsubayashi, K., Uwatoko, Y., Takigawa, M., Chen, C.-T., Watanabe, S., Shin, S.
    • 学会等名
      Materials and Mechanisms of Superconductivity (M2S2012)
    • 発表場所
      ワシントンDC
    • 年月日
      20120731-20120731
  • [備考] 高知大学理学部理学科物理科学コース 北川研究室

    • URL

      http://www.cc.kochi-u.ac.jp/~kitag/

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公開日: 2014-07-24  

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